本文關(guān)鍵詞：鋼鐵流程系統(tǒng)的能耗排放特征及其廣義熱力學(xué)優(yōu)化

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【摘要】：鋼鐵生產(chǎn)流程能源配置技術(shù)落后、集成度低。為在整體上實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)流程的節(jié)能減排,該研究圍繞解決對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題“鋼鐵生產(chǎn)流程物流—能流—環(huán)境作用機(jī)理及其多目標(biāo)集成優(yōu)化理論”,在工序模塊、單體組件和功能子系統(tǒng)層面開(kāi)展了前期研究,為實(shí)現(xiàn)全流程仿真和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。主要包括:(1)提出絕熱過(guò)程火積耗散極值原理,對(duì)等溫和對(duì)流輻射傳熱邊界條件下6種不同形狀的加熱爐絕熱層進(jìn)行構(gòu)形優(yōu)化,得到整體絕熱性能最優(yōu)的絕熱層構(gòu)形。(2)提出“廣義構(gòu)形優(yōu)化”理論,將火積理論引入板坯連鑄凝固傳熱過(guò)程的研究中,分別考慮熱損失率和火積耗散率目標(biāo),得到同時(shí)兼顧板坯內(nèi)部溫度梯度和表面溫度梯度的二冷區(qū)水量分配最優(yōu)構(gòu)形。(3)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理,構(gòu)建燒結(jié)、煉鐵工序的鐵素流動(dòng)態(tài)模型,獲得不同返回物質(zhì)流情況下的鐵素流整體宏觀動(dòng)態(tài)特性。(4)基于“運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系”,建立燒結(jié)礦冷卻過(guò)程二維非穩(wěn)態(tài)連續(xù)模型,獲得相應(yīng)的流場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)特性。(5)基于非線性規(guī)劃理論建立高爐煉鐵過(guò)程優(yōu)化模型,分別以爐腹煤氣量指數(shù)相關(guān)聯(lián)的高爐利用系數(shù)和碳排放為優(yōu)化目標(biāo),研究爐腹煤氣量指數(shù)等參數(shù)和高爐噴吹煤粉、噴吹塑料對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響。(6)建立中厚鋼板軋后冷卻過(guò)程數(shù)學(xué)模型,明晰設(shè)計(jì)參數(shù)和冷卻方式對(duì)鋼板表面和終冷溫度的影響。(7)構(gòu)建以火用為表征參數(shù)的特征化模型,以高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼過(guò)程為例,分析鋼鐵生產(chǎn)流程資源和能源交互作用的耦合關(guān)系。(8)建立鋼鐵生產(chǎn)流程分析模型,計(jì)算典型鋼鐵企業(yè)碳、氮、硫等元素向多形態(tài)廢棄物轉(zhuǎn)換及排放的數(shù)量和結(jié)構(gòu)。計(jì)算鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù),得到我國(guó)典型鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程資源、能源消耗和CO2、SO2、NOx、CO、CH4等排放清單。(9)運(yùn)用各層次單元之間的物流、能流關(guān)系及流程網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù),開(kāi)發(fā)工序能質(zhì)平衡計(jì)算與流程仿真軟件。(10)構(gòu)建具體到工序?qū)哟蔚匿撹F生產(chǎn)、加工和消費(fèi)的全生命周期物質(zhì)流模型,分析不同情景下中國(guó)廢鋼增長(zhǎng)趨勢(shì)對(duì)鋼鐵流程的結(jié)構(gòu)演變及其能耗和排放的影響。(11)研究鑄軋區(qū)段生產(chǎn)組織及鋼坯熱送熱裝等流程節(jié)能技術(shù),提出節(jié)能技術(shù)優(yōu)化組合概念,探討關(guān)鍵技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和優(yōu)化組合模式。(12)建立12種鋼廠余能余熱驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和復(fù)雜、閉式和開(kāi)式燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置、熱電聯(lián)產(chǎn)裝置和熱電冷聯(lián)產(chǎn)裝置的經(jīng)典熱力學(xué)和有限時(shí)間熱力學(xué)模型并進(jìn)行性能分析和優(yōu)化;建立兩種鋼廠低溫余熱驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體熱電發(fā)電機(jī)模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。明晰各系統(tǒng)的熱力學(xué)整體特性及基本優(yōu)化關(guān)系,獲得各個(gè)工序余能余熱驅(qū)動(dòng)熱力過(guò)程和循環(huán)的最佳設(shè)計(jì)方案。
【作者單位】： 海軍工程大學(xué);北京科技大學(xué);
【關(guān)鍵詞】： 鋼鐵生產(chǎn)流程 物質(zhì)流 能量流 節(jié)能減排 計(jì)算機(jī)仿真 整體特性 廣義熱力學(xué)優(yōu)化
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本文編號(hào)：782030